Dans le cerveau des mammifères adultes, deux régions neurogéniques majeures sont capables de fabriquer de nouvelles cellules neurales : la zone sous-granulaire au niveau du gyrus denté (hippocampe), et la zone sous-ventriculaire (ZSV) qui borde les parois des ventricules latéraux. Chez les rongeurs, les neurones nouvellement générés s’incorporent aux circuits neuronaux fonctionnels du cerveau tout au long de la vie. La niche neurogénique de la ZSV comprend trois types cellulaires majoritaires : les cellules souches neurales (CSN) qui se divisent lentement et donnent naissance à des cellules progénitrices à division rapide. Ces dernières sont à l’origine des neuroblastes (Figure 1). Chez la souris, un grand nombre de neurones nouvellement formés migrent le long de la voie de migration rostrale (RMS) avant de s’intégrer aux réseaux d’interneurones présents au niveau du bulbe olfactif. De nombreux signaux extrinsèques et intrinsèques régulent les différentes phases de la neurogenèse [ 1]. En particulier, l’homéostasie de la niche dépend de signaux hormonaux, comme les hormones thyroïdiennes (HT), dont la forme biologiquement active est la T₃. La T₃ exerce ses effets transcriptionnels par l’intermédiaire de récepteurs nucléaires TR (thyroid hormone receptor). Plusieurs isoformes de TR (TRα et TRβ) sont codées par deux gènes chez les vertébrés. Le TRα, dont il existe deux isoformes (TRα1 et TRα2), est le plus fortement exprimé dans le cerveau, mais sa fonction reste mal définie. Les hormones thyroïdiennes sont connues pour être impliquées dans la prolifération et la différenciation des CSN et des progéniteurs, en particulier dans l’hippocampe [ 2]. Nous avons montré précédemment le rôle des hormones thyroïdiennes et de leur récepteur TRα1 dans la prolifération au sein de la ZSV de souris adultes [ 3].

Figure 1. La signalisation thyroïdienne engage les progéniteurs vers la différenciation. Vue sagittale d’un cerveau de souris adulte. La ZSV borde la paroi latérale du ventricule latéral. A. Trois types cellulaires principaux composent la ZSV : les cellules souches neurales (CSN) se renouvellent lentement et donnent naissance aux progéniteurs neuronaux à division rapide. Ceux-ci engendrent les neuroblastes qui migrent, via la voie de migration rostrale (RMS), vers le bulbe olfactif où ils se différencient en interneurones. Les niveaux d’expression de SOX2 et TRα1 sont inversement corrélés : les cellules qui expriment fortement SOX2 n’expriment pas TRα1 (CSN) ; les cellules qui expriment fortement TRα1 expriment de faibles niveaux de SOX2 (neuroblastes). Le ligand T3 agit à la fois sur la prolifération et la différenciation des CSN et des progéniteurs [ 5, 9]. B. La surexpression de TRα1 dans les CSN et les progéniteurs conduit (4 jours après la transfection) à la formation d’un groupe de neuroblastes qui coexpriment la GFP (green fluorescent protein, cellules vertes), à l’entrée de la voie RMS.

Figure 1. La signalisation thyroïdienne engage les progéniteurs vers la différenciation. Vue sagittale d’un cerveau de souris adulte. La ZSV borde la paroi latérale du ventricule latéral. A. Trois types cellulaires principaux composent la ZSV : les cellules souches neurales (CSN) se renouvellent lentement et donnent naissance aux progéniteurs neuronaux à division rapide. Ceux-ci engendrent les neuroblastes qui migrent, via la voie de migration rostrale (RMS), vers le bulbe olfactif où ils se différencient en interneurones. Les niveaux d’expression de SOX2 et TRα1 sont inversement corrélés : les cellules qui expriment fortement SOX2 n’expriment pas TRα1 (CSN) ; les cellules qui expriment fortement TRα1 expriment de faibles niveaux de SOX2 (neuroblastes). Le ligand T3 agit à la fois sur la prolifération et la différenciation des CSN et des progéniteurs [ 5, 9]. B. La surexpression de TRα1 dans les CSN et les progéniteurs conduit (4 jours après la transfection) à la formation d’un groupe de neuroblastes qui coexpriment la GFP (green fluorescent protein, cellules vertes), à l’entrée de la voie RMS.

Plus récemment, nous avons montré que l’un des mécanismes d’action des hormones thyroïdiennes, via leur récepteur TRα1, est de réguler la transition entre les progéniteurs et les neuroblastes [ 7]. La contribution de la signalisation thyroïdienne dans la régulation de la balance entre les différents types cellulaires qui coexistent au sein de la ZSV a été étudiée in vivo. En effet, le microenvironnement conditionne la réponse des différents types cellulaires et la compréhension de l’homéostasie de la niche ne peut se faire qu’in vivo [ 4]. La ZSV de souris adulte se prête parfaitement à cette approche in vivo, et notamment au transfert de gènes non viral pour des approches de perte (vectorisation de siARN [small interfering RNA] [5]) et de gain de fonction (vectorisation de plasmides d’expression [3, 6]).

Le récepteur TRα1 est la seule isoforme des TR exprimée par les cellules de la ZSV de souris adultes [3]. Plus précisément, nous avons montré par immunofluorescence que, dans cette région, son expression est restreinte aux cellules progénitrices et aux neuroblastes [7]. L’absence de TRα1 dans les CSN et son émergence dans les progéniteurs nous ont fait émettre l’hypothèse selon laquelle l’engagement des CSN vers la différenciation serait dépendant de l’expression de ce récepteur. En accord avec cette hypothèse, la surexpression du récepteur TRα1 dans les CSN et les progéniteurs via le tranfert de son gène in vivo, est suffisante pour induire la formation de neuroblastes migratoires qui quittent la ZSV pour s’engager le long du RMS (Figure 1). Inversement, l’extinction de TRα1 (via la vectorisation de siARN) entraîne une augmentation de l’expression de marqueurs des CSN et des progéniteurs, suggérant une augmentation du compartiment des CSN-progéniteurs dans la ZSV [7]. De plus, dans la ZSV de souris mutantes TRα ^0/0 , dépourvues de toutes les isoformes produites par le locus TRα, le nombre de CSN et de progéniteurs bloqués en interphase s’accumule [3].

La question s’est alors posée de savoir si le récepteur seul suffit à cette action, ou si la présence du ligand est également requise. Nous avons montré que le phénotype de blocage des cellules en interphase est également obtenu dans une situation d’hypothyroïdisme, c’est-à-dire lors d’une forte diminution de la quantité de T₃ disponible. Ainsi, l’absence de TRα1 ou de T₃ a les mêmes effets : l’augmentation des populations de CSN et de progéniteurs et la diminution du nombre de neuroblastes qui migrent le long du RMS [3, 7]. Ainsi, au cours de la neurogenèse adulte, la T₃ liée au TRα1 favorise, non seulement la prolifération des CSN et des progéniteurs, mais également leur différenciation en neuroblastes.

Les réseaux de signaux intrinsèques responsables du maintien de la multipotence des cellules progénitrices sont finement régulés par quelques acteurs clés dont le gène Sox2. Dans la ZSV, la protéine SOX2 est présente majoritairement dans les CSN et les progéniteurs ; son expression décroît dans les neuroblastes [7, 8]. De plus, l’engagement des progéniteurs dans un processus de différenciation requiert la répression de Sox2, celle-ci favorisant l’expression de facteurs proneuraux [9]. Or, les facteurs qui régulent négativement l’expression de Sox2 demeurent peu connus. Nous nous sommes donc demandé si l’expression de Sox2 pouvait être modulée par la signalisation thyroïdienne au sein des cellules de la ZSV adulte. Nous avons observé par immunofluorescence que l’apparition de TRα1 dans les progéniteurs coïncide avec une diminution de l’expression de Sox2. Des expériences de perte et de gain de TRα1 par la technique de transfert de gènes in vivo nous ont permis de montrer que le récepteur TRα1 induit la répression de Sox2, répression dans laquelle est également impliquée l’hormone T₃. Nous avons montré : (1) par la technique d’immunoprécipitation de la chromatine in vivo et par mutagenèse dirigée que - en présence du ligand T₃ - TRα1 s’associe avec une séquence régulatrice SRR1, présente dans la région promotrice de Sox2 ; et (2) en utilisant un système rapporteur, que l’activité enhancer de SRR1 est diminuée en présence de T₃ (Figure 2).

Figure 2. T3 et TRα1 répriment la transcription de Sox2 dans la ZSV. La régulation de l’expression de Sox2 implique, entre autres, la séquence régulatrice SRR1, localisée dans sa région promotrice. Afin d’analyser le rôle fonctionnel de TRα1 et de son ligand dans la régulation de l’expression de Sox2, la séquence SRR1 a été clonée en amont d’un gène rapporteur Luciferase (Sox2-SRR1-Luc). Grâce à des expériences de transfert de gène in vivo, nous avons montré que l’activité transcriptionnelle de Sox2-SRR1-Luc est fortement diminuée en présence de T3 (voir Sox2-SRR1-wild type ou Sox2-SRR1-wt). Notons que la même observation est obtenue quand le récepteur TRα1 est surexprimé, montrant que TRα1 et son ligand régulent négativement l’activité de SRR1. Enfin, la répression transcriptionnelle de SRR1, impliquant T3, est abolie quand SRR1 est mutée par mutagenèse dirigée (voir Sox2-SRR1-muté), montrant l’importance fonctionnelle d’un site de fixation de TRα1 localisé dans SRR1, préalablement identifié par ChIP (technique d’immunoprécipitation de la chromatine). Ainsi, en présence de T3, TRα1 interagit directement avec la séquence SRR1 de Sox2 et régule négativement son expression.

Figure 2. T3 et TRα1 répriment la transcription de Sox2 dans la ZSV. La régulation de l’expression de Sox2 implique, entre autres, la séquence régulatrice SRR1, localisée dans sa région promotrice. Afin d’analyser le rôle fonctionnel de TRα1 et de son ligand dans la régulation de l’expression de Sox2, la séquence SRR1 a été clonée en amont d’un gène rapporteur Luciferase (Sox2-SRR1-Luc). Grâce à des expériences de transfert de gène in vivo, nous avons montré que l’activité transcriptionnelle de Sox2-SRR1-Luc est fortement diminuée en présence de T3 (voir Sox2-SRR1-wild type ou Sox2-SRR1-wt). Notons que la même observation est obtenue quand le récepteur TRα1 est surexprimé, montrant que TRα1 et son ligand régulent négativement l’activité de SRR1. Enfin, la répression transcriptionnelle de SRR1, impliquant T3, est abolie quand SRR1 est mutée par mutagenèse dirigée (voir Sox2-SRR1-muté), montrant l’importance fonctionnelle d’un site de fixation de TRα1 localisé dans SRR1, préalablement identifié par ChIP (technique d’immunoprécipitation de la chromatine). Ainsi, en présence de T3, TRα1 interagit directement avec la séquence SRR1 de Sox2 et régule négativement son expression.

Selon notre modèle, la transition cellulaire du stade de progéniteur vers celui de neuroblaste serait renforcée par l’action de la signalisation thyroïdienne sur un autre gène, cyclinD1, impliqué quant à lui dans la progression du cycle cellulaire. En effet, par des approches de perte et de gain de fonction de TRα1, nous avons montré que ce gène est également réprimé par la signalisation thyroïdienne [3, 5, 7], ce qui favoriserait ainsi la neurogenèse. En effet, des études récentes ont montré qu’une diminution de l’expression de cyclinD1 est associée à une augmentation de la durée du cycle cellulaire, elle-même corrélée à une augmentation de la neurogenèse [ 10]. Ainsi, la signalisation thyroïdienne contrôlerait l’homéostasie de la ZSV adulte à des niveaux multiples : (1) en réprimant directement le gène Sox2, un acteur clé de la multipotence des CSN et des progéniteurs ; et (2) en contrôlant la progression du cycle cellulaire des CSN et des progéniteurs via la répression d’un régulateur clé du cycle cellulaire, cyclinD1.

Ce travail constitue la première démonstration in vivo d’un rôle fondamental de la signalisation thyroïdienne en tant que régulateur de la neurogenèse. Notre étude montre que, dans les progéniteurs, la T3 réprime l’expression de Sox2, un gène clé de l’identité des CSN. Il s’agit de la première démonstration d’une régulation négative de Sox2. Ce travail complète les études antérieures en révélant les bases moléculaires de la signalisation thyroïdienne qui montre que celle-ci régule en de multiples points les réseaux de gènes impliqués dans la neurogenèse. Il ouvre de nouvelles perspectives pour comprendre les dysfonctionnements neuraux associés à l’hypothyroïdie et l’hyperthyroïdie.

Les auteurs déclarent n’avoir aucun lien d’intérêt concernant les données publiées dans cet article.